实验三TCP传输控制协议分析要点.doc

实验三TCP传输控制协议分析要点
实 验 报 告

课程名称 计算机网络

实验名称 实验三 TCP传输控制协议分析

系 别 __计算机学院_
专 业 ___软件工程 ___
班级/学号 软工1301班/2013_
学生姓名 ___ _ ___ _ ____
实验日期 ___2015年12月2日 ___
成 绩 ________________________
指导教师 _ ___ _ ___

TCP传输控制协议分析

【实验目的】
1、掌握TCP协议的报文形式。
2、掌握TCP连接的建立和释放过程。
3、掌握TCP数据传输中编号与确认的过程。
4、理解TCP重传机制。
【实验学时】
4学时
【实验环境】

图 4-9 实验拓扑图

【实验内容】
1、学习TCP协议的通信过程。
2、学习分析TCP协议报头字段含义。
【实验流程】

图 4-10 实验流程图

【实验原理】
详见理论教材
【实验步骤】
步骤一：设定实验环境
1、配置主机IP和路由器IP地址。
2按照实验拓扑连接网络拓扑。

步骤二：查看分析TCP三次握手
1、在PC1中开启协议分析软件，进行数据包抓包。
2、在PC1中的协议分析软件中利用工具栏中的TCP连接工具对PC2发起连接，如下图所示。

图 4-12 TCP连接工具

在IP地址中填入PC2地址192.168.2.16，端口填入FTP服务端口21，然后点击连接。
分析PC2中捕获到的三次握手报文。

图 4-13 三次握手第一次连接

查看上图TCP报文中的报头部分：
l 源端口：2601，由于发起连接的是客户端，因此源端口为TCP程序随机出的短暂端口，在此连接中是2601。
l 目的端口：21，由于是向FTP服务发起连接，因此目的端口为FTP服务的熟知端口，为21。
l 序列号：0XA0DC0E83，此序列号为TCP程序随机出的字节编号。
l 确认序号：0X00000000，第一个发出的连接请求中，确认号为0。
l TCP首部长度：11，TCP首部长度包括TCP报头长度和数据长度，这个字段表示TCP报头长度，其中20字节为标准TCP报头长度，另有8字节选项字段长度，选项字段中和服务器端协商了最大报文段长度。
l 标识位：SYN位置1，只有TCP连接中三次握手第一次连接的报文段中SYN位置1。
l 窗口大小：65535，默认大小。
l 校验和：0XF6F3，校验和是对TCP报头、数据和伪首部进行计算得出的校验和。
l 紧急指针：0，当紧急标识位置1时，此16位字段才有效，说明此时报文段中包含紧急数据，紧急数据到达接受端后可以不按次序优先被接受程序处理。

TCP三次握手过程中第二个报文如下图所示。

图4-14 TCP三次握手第二个报文

查看上图中的TCP报头：
l 源端口：21，服务端的源端口为相关服务的熟知端口，FTP服务端口为TCP21。
l 目的端口：2061，为客户端源端口复制过来得到。
l 序列号：0XE36B3089，为服务端随机计算出的字节序号。
l 确认序列号：0XA0DC0E84，确认序列号的功能是对发送端数据进行确认，为发送端序号0XA0DC0E83+1得到。
l TCP首部长度：11，包含20字节标准TCP首部长度和8字节选项长度。
l 标志位：SYN位和ACK位置1，表示此报文为TCP三次握手的第二个报文。
l 窗口大小：65535，为默认大小。
l 校验和：0XE2ED，TCP校验和为TCP首部、数据和伪首部三部分计算得出校验和。
l 紧急指针：0。

TCP三次握手第三个报文如下图所示。

图 4-15 TCP三次握手第三个报文

查看TCP三次握手第三个报文首部
l 源端口：2601，同一个连接发送的数据，源端口保持不变。
l 目的端口：21，对同一个服务发送的数据段中的目的端口保持不变。
l 序列号：0XA0DC0E84，为前一个数据段序列号加1。
l 确认序号：0XE36B308A，由于此报文是对服务端发回的连接应答消息的确认，因此是上一个报文序号0XE36B3089加1。
l TCP首部长度：8，标准TCP首部长度为5*4字节=20字节。
l 标识位：TCP三次握手第三个报文段ACK位置1。
l 窗口大小：32768.
l 校验和：0X7083，为TCP首部、数据、伪首部计算得出的校验和。
l 紧急指针：0，未使用紧急指针。

通过上面的TCP三次握手的报文，可以很清楚的分析出在TCP连接建立时，客户端和服务端所进行的工作。三次报文的重要区别在于标识位的不同，第一个报文，SYN位置1，第二个报文是对第一个报文的确认，SYN位置1，ACK位置1，第三个报文是确认报文，ACK位置1。

步骤三：查看分析TCP确认机制
1、在PC1中开启协议分析软件进行数据包捕获。
2、在PC1协议分析软件工具栏中的TCP连接工具中连接到PC2的FTP服务器并发送list命令.
3、分析捕获到的FTP数据包，如下图所示。

图 4-17 发送FTP命令

分析上图中TCP数据段首部，可以看到序列号为0XDE212AB1，数据部分长度为5字节。再查看从PC2会返回的确认数据段，如下图所示。

图 4-18 TCP确认报文

查看上图中TCP数据段的报头部分，确认序号为0X0XDE212AB7，因为0XDE212AB1+6=0X0XDE212AB7，因此，此确认序号的含义为上一个发送的TCP数据段信息全部处理，发送端可以发送0X0XDE212AB7以后的数据，此即是TCP确认机制的过程。

步骤四：查看TCP连接超时重传过程
1、查看PC1中ARP缓存记录，确保有PC2中ARP记录，如下图所示。

图4-19 查看PC1中ARP缓存记录

2、将PC2从网络中断开，确保PC2不会对PC1发送的TCP连接请求进行回应。

3、在PC1中开启协议分析软件，进行数据包捕获。

4、在PC1中用工具栏中的TCP连接工具对PC2的FTP服务发起连接.

5、在PC1中分析捕获的TCP数据段，如下图所示。

图 4-21 TCP超时重传数据段

从上图中可以看到，在发出SYN位置1的TCP连接请求没有得到相应后，连接工具又发送了第二个相同的SYN位置1的TCP连接请求，进行重传，确定数据段为重传数据段可以通过TCP首部中的序列号确认，例如本例中，重传数据段中的序列号均为0XC89A6413。
【思考问题】
1、 TCP在建立连接时为什么需要3次握手，而断开连接是需要4次握手？
1）、当主机A确认发送完数据且知道B已经接受完了，想要关闭发送数据口（当然确认信号还是可以发），就会发FIN给主机B。
2）、主机B收到A发送的FIN，表示收到了，就会发送ACK回复。
3）、但这是B可能还在发送数据，没有想要关闭数据口的意思，所以FIN与ACK不是同时发送的，而是等到B数据发送完了，才会发送FIN给主机A。
4）、A收到B发来的FIN，知道B的数据也发送完了，回复ACK， A等待2MSL以后，没有收到B传来的任何消息，知道B已经收到自己的ACK了，A就关闭链接，B也关闭链接了。

2、 请举例说明日常应用中，哪些应用在传输层采用TCP，哪些应用在传输层采用UDP？
比如电子邮件，文件传送采用TCP，IP电话，流式多媒体通信采用UDP

3、 当出现超时没有收到确认报文时，TCP连接默认会进行几次重传？
一般三次重传，每次重传间隔时间会加长

实验过程中遇到的问题：
实验过程中一开始捕获报文的时候并没有认真的看SYN ACK字段的值，还有每一次握手的时候序列号与确认序列号的关系，后来经过老师的提醒，再认真看了书上的原理之后成功完成了。

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